揭示了奇怪的黑洞合并的新可能解释

绕轨道的两个黑洞的艺术家例证。

ARC引力波发现卓越中心(OzGrav)的科学家揭示了对最近宣布的黑洞合并的另一种解释。该论文刚刚被《天体物理学杂志快报》接受。

在2019年4月12日,LIGO和处女座天文台从两个黑洞合并的异常宇宙事件中检测到了引力波-时空上的涟漪。与之前报道的十个黑洞合并不同,黑洞合并中两个黑洞可能具有相等或几乎相等的质量,此事件称为GW190412,肯定有两个非常不相等的黑洞,其中较重的黑洞可能重三到四倍比打火机更轻

此外,发现文件(2020年4月19日在澳大利亚发布)报告说,至少有一个合并的黑洞必须旋转:绕其轴旋转。但是,重力波无法精确测量单个的自旋。只能测量特定的旋转组合。因此,要推断个体旋转,必须基于科学模型做出假设。LIGO和处女座的合作假定较重的第一胎黑洞可能正在旋转,并报告说它在引力波发现论文中有一个适度的自旋。

这项发现宣布后的24小时内,莫纳什大学(Monash University)的OzGrav首席研究员伊利亚·曼德尔(Ilya Mandel)和日内瓦大学的合作者塔索斯·弗拉戈斯(Tassos Fragos)撰写了一份后续论文,该论文刚刚被《天体物理学杂志快报》接受。受最新最好的双星质量恒星演化模型的启发,曼德尔和弗拉戈斯认为,事件中质量更大或“更重”的黑洞正在缓慢旋转。而“较轻”黑洞的旋转速度非常快,与轨道运动的方向相同。

p表示较轻黑洞沿轨道方向(水平轴)无量纲自旋的概率分布,以及由Mandel和Fragos找到的质量比(垂直轴)。

曼德尔(Mandel)和弗拉戈斯(Fragos)指出,如果孤立的成对的恒星围绕彼此绕行运行而产生了合并的黑洞,那么它们自然会产生先生的,较重的黑洞,其旋转非常缓慢。在恒星形成黑洞之前,它先演化为带有气态包膜的巨人。当它这样做时,它会放慢速度,就像一个旋转的滑冰运动员伸出她的手臂一样。当双星中另一颗恒星施加的极端潮汐力将其剥去时,就会留下一个缓慢旋转的中心核,该中心核最终坍塌成为一个缓慢旋转的黑洞。

通常,对第二颗较轻的恒星也应采用相同的过程,该恒星最终会塌陷到较亮的黑洞中。但是,当第二颗恒星失去其气体包裹层时,二元间隔可能足够小,以至于裸露的恒星芯可以通过“潮汐锁定”旋转。

曼德尔解释说:“潮汐锁定发生在来自轨道伴星的潮汐迫使一个物体旋转的周期(即围绕它的轴旋转所花费的时间)等于该双星系统整个轨道所花费的时间。例如,潮汐将月球锁定在地球上会使月球旋转相同的28天,该时间等于其绕地球运行的周期。这就解释了为什么除了听平克·弗洛伊德(Pink Floyd)时,我们再也看不到月球的黑暗面。’

因此,有时第二个黑洞会旋转并快速旋转。Mandel和Fragos发现在GW190412事件中就是这种情况。由于潮汐锁定只会在非常紧凑的二进制文件中发生,因此此类系统也应在其形成后立即合并。

尽管很难确定这一解释,但将来发现黑洞合并将使该模型的测试更加准确。

参考:伊利亚·曼德尔(Ilya Mandel)和塔索斯·弗拉戈斯(Tassos Fragos)于2020年4月20日发表了“对GW190412的另一种解释,认为它是二进制的黑洞与快速旋转的次级合并”,接受天体物理学杂志Letters.arXiv:
2004.09288

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